嵌入式系統(tǒng)中的一些重要概念
1.嵌入式處理器：
嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。范圍極其廣闊，從初的4位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機(jī)，到的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。
2.分時(shí)操作系統(tǒng)：
對(duì)于分時(shí)操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時(shí)間上的要求，并不嚴(yán)格，時(shí)間上的錯(cuò)誤，一般不會(huì)造成災(zāi)難性的后果。目前分時(shí)系統(tǒng)的強(qiáng)項(xiàng)在于多任務(wù)的管理，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行情況的和壞等的情況能做出精確的估計(jì)。
系統(tǒng)支持多任務(wù)管理和任務(wù)間的同步和通信，傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)等對(duì)多任務(wù)支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務(wù)操作系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中，多任務(wù)是一個(gè)普遍的要求。
4.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System)：
嵌入式系統(tǒng)目前主要的組成部分。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，能從硬件方面支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其中實(shí)時(shí)性是要求，需要調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對(duì)時(shí)間的限制和要求。
(1)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的重要概念：
系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間(System response time)：系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號(hào)的時(shí)間。
任務(wù)換道時(shí)間(Context-switching time)：任務(wù)之間切換而使用的時(shí)間。
中斷延遲(Interrupt latency)：計(jì)算機(jī)接收到中斷信號(hào)到操作系統(tǒng)作出響應(yīng)，并完成換道轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時(shí)間。
(2)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的工作狀態(tài)：
實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運(yùn)行(Executing)，就緒(Ready)，掛起(Suspended)，冬眠(Dormant)。
嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征如以下：
1.系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核?簡直沒有可比性。
2.專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全兩個(gè)概念。
3.系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。
4.高實(shí)時(shí)性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度;軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。
5.嵌入式軟件開發(fā)要想走向標(biāo)準(zhǔn)化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行;但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS(Real-Time Operating System)開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。
6.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。
常用的嵌入式操作系統(tǒng)
1.VxWorks
VxWorks操作系統(tǒng)是WinRiver(美國風(fēng)河系統(tǒng))公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，它具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域牢牢地占據(jù)著一席之地。
VxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是：可靠性、實(shí)時(shí)性和可裁剪性。
它支持多種處理器，如X86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS、PowerPC等。
2.Windows Embedded
WindowsCE是微軟針對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)以外的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品所研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，而CE則為CustomerEmbedded的縮寫。該操作系統(tǒng)是一種針對(duì)小容量、移動(dòng)式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。針對(duì)掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)。但Windows CE的嵌入不夠?qū)崟r(shí)，它屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目前也開始應(yīng)用在中文手機(jī)的研究開發(fā)之中。
由于該操作系統(tǒng)與Windows有相似的背景，而且界面也比較統(tǒng)一，因此也得到了大家比較好的認(rèn)可。該操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200KB的ROM。
3.嵌入式Linux(主流)
Linux操作系統(tǒng)源于一位芬蘭大學(xué)生——LinusTorvalds的課余作品。當(dāng)時(shí)，LinusTorvalds正在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)家AndrewS.Tanenbaum開發(fā)的Minix操作系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)Minix的功能很不完善，于是就編寫了一個(gè)保護(hù)模式下的操作系統(tǒng)，這就是Linux的原型。
開始，Linux被定位于黑客用的操作系統(tǒng)，并被放至FTP服務(wù)器上供人們自由下載。
Linux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制裁剪，在價(jià)格上極具競爭力。Linux不僅支持X86CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片。
4.嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核uC/OS(推薦)
uC/OS與Linux一樣，是一款公開源代碼的免費(fèi)實(shí)時(shí)內(nèi)核，已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。uC/OS的特點(diǎn)如下：
(1)具有RTOS的基本性能;
(2)代碼尺寸小，結(jié)構(gòu)簡明;
(3)易學(xué)、易移植;
uC/OS提供完善的嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的源代碼，并對(duì)該代碼作詳盡的解釋。而商業(yè)上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不但價(jià)格昂貴，而且其中很多都是所謂的黑盒子，即不提供源代碼。
5.其他嵌入式操作系統(tǒng)
(1)Palm OS
Palm OS是一款32位的嵌入式操作系統(tǒng)，它的界面采用觸控式。優(yōu)勢在于本身是一套專門為掌上電腦編寫的操作系統(tǒng)。
(2)QNX
QNX是可以將實(shí)時(shí)POSIX環(huán)境外加一個(gè)完全的窗口系統(tǒng)安裝在1MB以下的閃儲(chǔ)或只讀存儲(chǔ)器上的操作系統(tǒng)。
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